DE2103036A1 - Wheelset - Google Patents
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Nürnberg, den 22.1.1971 115A5Nuremberg, January 22nd, 1971 115A5
British Railways Board, 222, Marylebone Road,British Railways Board, 222, Marylebone Road,
London, N.W.l, EnglandLondon, N.W.l, England
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" Radsatz ""Wheelset"
Die Erfindiing betrifft Räder oder Radsätze, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich für Schienenfahrzeuge. Unter Radsatz ist in diesem Zusammenhang ein Paar Räder zu verstehen, die mit einer Achse fest verbunden sind, so daß sie mit der Achse rotieren.The invention relates to wheels or wheel sets, in particular, however not exclusively for rail vehicles. A set of wheels is to be understood in this context as a pair of wheels with a Axis are firmly connected so that they rotate with the axis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Naohteile bei den drehbar auf einer Achse angeordneten Rädern bzw. bei derartigen Radsätzen zu vermeiden und Radsätze zu schaffen, die besser als die bisher bekannten den Anforderungen der Praxis gerecht werden.The invention is based on the object of the Naohteile in the rotatably arranged on an axle wheels or in such To avoid wheelsets and to create wheelsets that meet the requirements of practice better than the previously known ones.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch ge- % löst, daß die Achse mindestens teilweise aus mit Harz verklebtem Fasermaterial besteht, das auf dem Kern einer Achse aufgebracht ist, daß die Radnaben an der Achse durch von der Achse ausgehendem und weitergeführtem mit Harz verklebtem Pasermaterial derart befestigt sind, daß Räder und Achse eine Einheit bilden.This object is according to the invention essentially in overall% solves that the axis part comprises at least resin-glued fiber material which is applied to the core of an axis so that the wheel hub on the axle by outgoing from the axis and further guided glued with resin Pasermaterial are attached in such a way that the wheels and axle form a unit.
Die Radnaben weisen erfindungsgemäß mindestens einen vorstehenden hülsenförmigen Teil auf, wobei sich der Ansatz des faserförmigen Materials über die hülsenförmigen Teile unter Bildung einer einzigen Einheit erstreckt. ·According to the invention, the wheel hubs have at least one protruding sleeve-shaped part, the approach of the fibrous Material over the sleeve-shaped parts to form a single Unity extends. ·
-2- -z -2- - e.g.
1O9032/11SO1O9032 / 11SO
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jede Radnabe im wesentlichen ringförmige Abschnitte, die koaxial miteinander verbunden sind, auf, wobei erfindungsgemäß jeder Abschnitt einen vorstehenden hülsenförmigen Teil aufweisen kann und wobei das mit Harz verklebte Fasermaterial um beide hUlsenförmigenTeile jedes Abschnittes geführt ist.In a further embodiment of the invention, each wheel hub has essentially annular sections which are coaxially connected to one another are, on, wherein according to the invention each section can have a protruding sleeve-shaped part and wherein the with Resin bonded fiber material is guided around both sleeve-shaped parts of each section.
In Abwandlung hiervon bestehen erfindungsgemäß die Radnaben mindestens teilweise aus Fasermaterial, das auf einem ringförmigen Kern aufgebracht ist, wobei das über die Achse hinausgeführte Material sich über die innere und äußere Fläche der beiden Radnaben erstreckt.In a modification of this, according to the invention, the wheel hubs consist at least partially of fiber material, which is on an annular Core is applied, wherein the out beyond the axle material is on the inner and outer surface of the two wheel hubs extends.
Der Achsenkern kann erfindungsgemäß auch ein Rohr mit als Lager ausgebildeten Endabschnitten sein, die auf ihm befestigt bzw. geklebt sind. Das Rohr kann aus Metall bestehen, wobei die Endabschnitte entweder an- bzw. aufgeschweißt oder in geeigneter Weise mit dem Rohr verbunden sind.According to the invention, the axle core can also be a tube with end sections designed as bearings, which are fastened or glued to it are. The tube can be made of metal, with the end sections either welded on or welded on or in a suitable manner connected to the pipe.
Das faserförmige bzw. Fasermaterial besteht erfindungsgemäß aus folgenden^ Fasern oder irgendeiner geeigneten Kombination dieser Fasern bzw. Fäden: Kohlenstoff-, Glas-, Bor- und Asbestfasern. Jedoch sind die bevorzugten Fasern Kohlenfasern und/oder Glasfasern.According to the invention, the fibrous or fiber material consists of following ^ fibers or any suitable combination of these fibers or threads: carbon, glass, boron and asbestos fibers. However the preferred fibers are carbon fibers and / or glass fibers.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Rad mit einer Radnabe geschaffen, die einen ringförmigen Kern aufweist, auf dem Kohle - und/ oder Glasfasern oder irgendeine geeignete Kombination der genannten Fasern aufgebracht ist bzw. sind.According to the invention, a wheel with a wheel hub is also created, which has an annular core on top of carbon and / or glass fibers or any suitable combination of the foregoing Fibers is or are applied.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention will become apparent with reference to two In the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows:
109832/1150109832/1150
210303$$ 210303
Fig. 1 einen Radsatz zum Teil als Schnittansicht, bei dem sich Fasern in einer Richtung entlang der Längsachse erstrecken, undFig. 1 shows a wheel set in part as a sectional view in which fibers extend in a direction along the longitudinal axis, and
Fig. 2 einen Radsatz zum Teil als Schnittansicht, bei dem die Fasern schraubenförmig um die Achse gewickelt bzw. geführt sind.2 shows a wheel set, partly as a sectional view, in which the fibers are wound helically around the axis or are guided.
Gemäß Fig. 1 weist der Radsatz Räder 1 und eine Achse 2 auf, mitAccording to FIG. 1, the wheel set has wheels 1 and an axle 2, with
der die Räder 1 fest verbunden sind. Jjwhich the wheels 1 are firmly connected. Yy
Die Achse 2 wird zunächst in der Weise hergestellt, daß ein mit Harz getränktes oder vorimprägniertes Band oder gewebtes Tuch 3 auf einen Stahlkern 4 aufgebracht oder gelegt wird, oder mit Harz getränkte oder vorimprägnierte Fasern auf dem Stahlkern wendelförmig aufgewickelt werden, so daß sich die Fasern schraubenförmig um den Stahlkern 4 erstrecken. Derjstahlkern 4 wird durch Schweißen oder durch geeignetes Verbinden von vorgefertigten Aehslagerabsehnitten 5 auf die Enden eines Stahlrohres 6 hergestellt. The axis 2 is first produced in such a way that a resin-soaked or pre-impregnated tape or woven cloth 3 is applied or laid on a steel core 4, or fibers impregnated or pre-impregnated with resin on the steel core in a helical manner are wound up so that the fibers extend helically around the steel core 4. The steel core 4 is through Welding or by suitably connecting prefabricated Aehslagerabsehnitten 5 to the ends of a steel pipe 6 produced.
Der Wicklungswinkel kann entsprechend besonderen Belastungen, und zwar Herstellung einer gewünschten Fasernanordnung, entsprechend gewählt werden. Falls beispielsweise die Starrheit bzw. Biegefestigkeit oder Festigkeit von hauptsächlicher Wichtigkeit ist, dann soll der Wicklungswinkel so steil als möglich sein, d. h. annäherend parallel mit der Längsachse der Achse verlaufen.The winding angle can be adjusted according to special loads, namely production of a desired fiber arrangement to get voted. For example, if rigidity or flexural strength or strength is of primary importance, then the winding angle should be as steep as possible, i.e. H. run approximately parallel to the longitudinal axis of the axis.
Jede Radnabe 7 wird zunächst hergestellt, indem entweder mit Harz getränkte Fasern oder gewebtes Tuch 8 auf einen ringförmigen Kern 9, z. B. durch Aufwickeln aufgebracht wird, der aus Kunststoffschaum oder einem anderen starren Material von geringem Gewicht, beispielsweise aus Holz hergestellt ist. Wo es erforderlich ist, werden zusätzlich Fasern geringer Länge, beispielsweiseEach wheel hub 7 is first made by placing either resin-impregnated fibers or woven cloth 8 on an annular Core 9, e.g. B. is applied by winding, which is made of plastic foam or other rigid material of light weight, is made of wood, for example. Where necessary, fibers of short length are additionally used, for example
-4-109837/1150 -4-109837 / 1150
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Bündel aus gewebten Material bzw. Tuch auf den Kern 9 Öer Radnabe aufgebracht, um Verluste in der Armierungsbelegung infolge des radialen Effektes der Wicklung zu vermeiden, und um eine gleichmäßige Verteilung der Armierung zu gewährleisten.Bundle of woven material or cloth on the core 9 Öer wheel hub applied in order to avoid losses in the armouring as a result of the radial effect of the winding, and to ensure a uniform Ensure distribution of the reinforcement.
Wenn die Armierung auf dem Aohsenkern 4 und auf den Kernen der Radnaben 9 hinreichend dick ist, werden der Achsenkern 4 und die Radnabenteile zusammengesetzt und miteinander verbunden bzw. verklebt. If the reinforcement on the Aohsenkern 4 and on the cores of the Wheel hubs 9 is sufficiently thick, the axle core 4 and the wheel hub parts are assembled and connected or glued to one another.
Die gewünschte gesamte Wandstärke der Achse, die notwendig ist, um den einwirkenden Kräften zu widerstehen, wird dadurch erhalten, daß eine zusätzliche Faserarmierung Io entweder in Form von aus mit Harz getränkten vorimprägmnierten Fasern, gewebtes Tuch, oder Streifen aufgebracht wird. Diese Verstärkung bzw. Armierung wird in dem Abschnitt der Achse 2 zwischen den Radnaben 7 aufgebracht und über die innere Fläche jeder Radnabe 7 dann entlang der Kante am Umfang, dann zur Bildung eines Randes für den Radkranz und dann über die äußere Fläche der Radnabe 7 zur Achse geführt, wo sie mit der Oberfläche verbunden bzw. verschmolzen wird. Beide Räder 1 und die Achse 2 werden auf diese Weise zu einer Einheit miteinander verbunden. Die Fasern, die eine zusätzliche Armierung Io bewirken, sind vorzugsweise in einer Richtung, parallel zur Längsachse der Achse 2 angeordnet, damit eine maximale Ausnutzung der Fasereigenschaften erhalten wird.The desired total wall thickness of the axis, which is necessary to withstand the acting forces, is obtained by that an additional fiber reinforcement Io either in the form of pre-impregnated fibers impregnated with resin, woven cloth, or Strip is applied. This reinforcement or reinforcement is applied in the section of the axle 2 between the wheel hubs 7 and over the inner surface of each wheel hub 7 then along the edge on the circumference, then to form a rim for the wheel rim and then guided over the outer surface of the wheel hub 7 to the axle, where it is connected or fused with the surface. Both wheels 1 and the axis 2 are connected to one another in this way to form a unit. The fibers that provide additional reinforcement Io, are preferably arranged in a direction parallel to the longitudinal axis of the axis 2, so that maximum utilization of the Fiber properties is obtained.
Die Orientierung der Fasern in den Radnaben 4 und 9 wird entsprechend den besonderen Beanspruchungen, denen der Radsatz ausgesetzt ist, angepaßt. Beispielsweise kann es, um den Kompressionskräften zu widerstehen, die auf die Radnaben 7 wirken, notwendig sein, gewebtes Material bzw. Tuch zu verwenden oder Fasern in Richtung der Längsachse über die ringförmigen Flächen der Kerne 9 der Radnaben zu wickeln.The orientation of the fibers in the wheel hubs 4 and 9 is corresponding adapted to the special stresses to which the wheelset is exposed. For example, it may be necessary to withstand the compression forces acting on the wheel hubs 7 be to use woven material or cloth or fibers in the direction of the longitudinal axis over the annular surfaces of the cores 9 of the Winding wheel hubs.
-5-109832/1150-5-109832 / 1150
210303$$ 210303
Die Pasern können entweder Kohlefasern oder Glasfasern oder irgendwelche Kombinationen der oben genannten Pasern sein. Eine wirtschaftliche bzw. preiswerte Kombination ist dann gegeben, wenn in Bereichen, in denen die Beanspruchungen bzw. Belastungen gering sind, beispielsweise unmittelbar in der Nähe des Zentrums der Radnaben und der Achse, Glasfasern oder entsprechende Pasern verwendet werden, jedoch in anderen Bereichen, unter hoher Dehnungsspannung, beispielsweise in der Achse und im Übergangsbereich zwischen Achse und Radnaben, Kohlefasern oder andere geeignete Pa-. M sern von hoher Festigkeit und großem Modul verwendet werden. Der Anteil von Glas- und Kohlefaserarmierung wird entsprechend den Beanspruchungen für jede Radsatzkonstruk^tion bestimmt, und zwar unter gebührender Berücksichtigung der einwirkenden Kräfte, die sich entsprechend den Parametern für die Aufhängung bei den verschiedenen Pahrzeugtypen ändern.The strands can be either carbon fibers or glass fibers, or any combination of the above strands. An economical or inexpensive combination is given if in areas in which the stresses or loads are low, for example in the immediate vicinity of the center of the wheel hubs and the axle, glass fibers or corresponding fibers are used, but in other areas, under high tensile stress, for example in the axle and in the transition area between axle and wheel hubs, carbon fibers or other suitable Pa-. M sers of high strength and large modulus can be used. The proportion of glass and carbon fiber reinforcement is determined according to the stresses for each wheel set construction, taking due account of the forces acting, which change according to the parameters for the suspension of the various types of vehicle.
Eine typische' in einem Behälter lange haltbare Epoxydharzzusammensetzung für das vorherige Tränken bzw. Benetzen von Pasern ist folgende:A typical containerized long lasting epoxy resin composition for the previous soaking or wetting of pastes is the following:
Das unter der Bezeichnung Shell 828 (loo Teile) erhältliche Harz , und Epikure NMA ' (jThe resin available under the name Shell 828 (loo parts), and Epicure NMA '(j
(9o Teile und BDMA 2,5 Teile): diese Mischung bleibt flüssig bei Raumtemperatur und muß erhitzt werden.(90 parts and BDMA 2.5 parts): this mixture remains liquid at room temperature and must be heated.
Der Radkranz 11 wird mit der Radnabe 7 verbunden und mittels eines Halteringes 12 gesichert, der sich auf einem schmalen Stahlring 15 abstützt, der seinerseits auf der inneren Fläche der Radnabe 7 befestigt ist.The wheel rim 11 is connected to the wheel hub 7 and secured by means of a retaining ring 12, which is on a narrow steel ring 15 is supported, in turn on the inner surface of the wheel hub 7 is attached.
Die Vorteile, die sich durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Radsatzes ergeben, sind folgende:The advantages of using a composite wheelset are the following:
-6-" . 109832/1150-6- ". 109832/1150
1. Verminderung des nicht abgefederten Gewichtes und Verminderung des Fahrgestellgewichtes im allgemeinen*1. Reduction of the unsuspended weight and reduction of the chassis weight in general *
2. Elimination von Restspannungen, die in den bisher bekannten Radsätzen vorhanden sind;2. Elimination of residual stresses that are present in the previously known wheelsets;
3. Vermeidung von Achse/Radverbindungen;3. Avoidance of axle / wheel connections;
4. als Folge von Punkt 3.: Elimination des Abriebs, der bei bekannten Radsätzen aus Stahl auftritt und der ein Grund für die Erraüdungsbrüche bei Achsen ist;4. as a result of point 3 .: elimination of abrasion, the occurs in known steel wheelsets and is one of the reasons for the fatigue fractures in axles;
5. als Folge von Punkt j3.: eine beträchtliche Verminderung der sich in der Achse und am Übergang von Achse zu Rad konzentrierenden Spannung, so daß ebenfalls die Möglichkeit von Ermüdungsfehlern vermindert wird, die bei den5. as a result of point j3 .: a considerable reduction the tension concentrating in the axle and at the transition from axle to wheel, so that also the possibility is reduced by fatigue defects that occur in the
bekannten Radsätzen infolge der sich konzentrierenden Spannungen auftreten.known wheelsets occur as a result of the concentrating stresses.
Fig. 2 zeigt einen Radsatz mit Rädern 12 und einer Achse 13. Die Radnaben 14 sind in der Weise gebildet, daß koaxial zwei Abschnitte 15 und 16 miteinander verbunden bzw. verklebt sind, die mittels Preßformen aus mit Harz vorgetränkten Kohlefasern und/oder mit Harz vorgetränkten Glasfasern oder anderen geeigneten vorgetränkten Fasern hergestellt sind. Eine Achse der vorgetränkten Anordnung besteht (in Gewichtsanteilen) aus Epikote-Harz Nr. 828, loo Teile, Epikure DM!, 7 Teile, Epikure BF,4oo, 3 Teile, in Aceton. Bolzen 26 zum Befestigen von Bremsscheiben 27 an den Radnaben dienen ebenfalls zur Verstärkung der (geklebten) Verbindung zwischen den beiden Abschnitten 15 und 16. Ein Radkranz 17 ist mit jedem der Radkörper 14 verbunden und mittels eines Halteringes 18 gesichert, der sich auf einem dünnen Stahlring 19 abstützt, der auf der inneren ringförmigen Fläche des Radkörpers befestigt ist. Zur Erzielung einer gewissen Elastizität und um auch das mtfernen des Radkranzes zu erleichtern, ist eine (nicht dargestellte) gummiartige, elastomere Schicht zwischen der Radnabe und dem Rad.kranzFig. 2 shows a wheel set with wheels 12 and an axle 13. The wheel hubs 14 are formed in such a way that two sections coaxially 15 and 16 are connected or glued together, which by means of compression molding made of carbon fibers pre-soaked with resin and / or with Resin impregnated glass fibers or other suitable impregnated fibers are made. One axis of the pre-saturated arrangement consists (in parts by weight) of Epikote resin no.828, loo parts, Epikure DM !, 7 parts, Epikure BF, 400, 3 parts, in acetone. bolt 26 for attaching brake discs 27 to the wheel hubs are also used to reinforce the (glued) connection between the two sections 15 and 16. A wheel rim 17 is connected to each of the wheel bodies 14 and secured by means of a retaining ring 18, which is supported on a thin steel ring 19 which is fixed on the inner annular surface of the wheel body. To achieve a certain elasticity and also the removal of the To facilitate the wheel rim is a (not shown) rubber-like, elastomeric layer between the wheel hub and the wheel rim
-7-109837/1150-7-109837 / 1150
21030382103038
vorgesehen. Die beiden Abschnitte 15 und 16 der Radkörper 14 sind auf einem Achsenkern 2o befestigt.intended. The two sections 15 and 16 of the wheel bodies 14 are attached to an axle core 2o.
Der Achsenkern 2o wird durch Stumpfschweißen oder durch entsprechendes Kleben von vorgefertigten Lagerteilen aus Stahl 21 an den Enden eines dünnwandigen Stahlrohres 22 hergestellt. Die gewünschte Wandstärke^ der Achse, die erforderlich ist, um die Kräfte aufzunehmen, wird erhalten, indem Harz getränkte Kohle- J fasern und/oder Glasfasern als Armierung bzw. Verstärkung oder andere geeignete Paserarmierungen 25 entweder als Wicklung, gewebtes Tuch, oder als Streifen oder Schicht aufgebracht werden. Diese Armierung wird in dem Abschnitt zwischen den beiden Radnaben des Achsenkerns aufgebracht und über die konischen hülsenförmigen Teile der Radnabe zur Bildung einer Einheit mit einem kurvenförmig bzw. gebogen verlaufenden Übergangsprofil hinausgejtfführt. In ähnlicher Weise werden Fasern verwendet, und zwar am äußeren hülsenförmigen Teil 25 der Radnaben. Die Pasern werden in beiden Abschnitten derart jeweils miteinander verbunden, daß die Eigenschaften der Fasern maximal ausgenutzt werden. Eine typische Harzzusammensetzung, wie beispielsweise Epikote 828, loo Teile, Epi- , kure BF-,4oo, 3 Teile, oder ein Polyesterharzgemisch, wie z. B. ^ Crystic 199* kann verwendet werden.The axle core 2o is by butt welding or by the same Gluing of prefabricated bearing parts made of steel 21 at the ends of a thin-walled steel tube 22. The desired Wall thickness ^ of the axis, which is required to absorb the forces, is obtained by resin-soaked carbon- J fibers and / or glass fibers as reinforcement or reinforcement or other suitable Paserarmierungen 25 either as a winding, woven Cloth, or as a strip or layer. This reinforcement is in the section between the two wheel hubs of the axle core and applied over the conical sleeve-shaped parts of the wheel hub to form a unit with a curved or curved transition profile carried out. In a similar way Fibers are used, specifically on the outer tubular part 25 of the wheel hubs. The pasers are in both sections connected to each other in such a way that the properties of the fibers are used to the maximum. A typical resin composition, such as Epikote 828, loo parts, Epi-, kure BF-, 400, 3 parts, or a polyester resin mixture, such as. B. ^ Crystic 199 * can be used.
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